Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Принцип работы фотодиода осиован на возникновении под действием энергии излучения электронно-дырочных пар, разделяемых j переходом и образующих фототок. Наибольшее распространение jj получили кремниевые и германиевые фотодиоды. Более длинноволновую границу чувствительности имеют фотодиоды из сурьмянистого индия и арсенида галлия (до % = 4,5 -г-5,5 мкм).
Постоянная времени фотодиодов составляет Ю~а—-10~в с, а для ; отдельных типов до 10-# с. Спектральные характеристики фото- ’ диодов представлены на рис. 70. 1;
Интегральная чувствительность фотодиодов достигает значений от 6—7 мА/лм"1 (кремниевые) до 25—30 мА/лм-1 (германиевые). .! Из различных типов фотодиодов наиболее стабильные характеристики имеют кремниевые фотодиоды. i
В целом характеристики фотодиодов (особенно в видимой области J спектра) незначительно уступают соответствующим характеристи- з кам ФЭУ. Кроме того, фотодиоды компактны, более виброустойчивы, j и их применение в спектральных приборах следует считать перспективным. ¦;
В средней и длинноволновой ИК областях спектра используются : тепловые приемники излучения ¦— термоэлементы, болометры, оп- | тико-акустические приемники и др. ш||
Действие тепловых приемников основано на поглощении энергии потока излучения и преобразования ее в тепловую энергию. |jj
96
Я
Рис. 70. Спектральные характеристики фотодиодов:
/ — арсеиидо-галлиевых; 2 — кремниевых;
3 — германиевых; 4 — сурьмяно-индиевых; 5 — серебряио-нидиевых
Работа термоэлемента основана на явлении термоэлектричес- о г ^ х,мкм
кого эффекта, который состоит
в том, что при нагреве двух разнородных спаянных между собой электродов вследствие разности температур между спаями возникает термо-ЭДС, вызывающая в замкнутой цепи электрический ток.
Принцип действия болометра основан на эффекте, заключающемся в изменении электрического сопротивления чувствительного элемента при нагревании его вследствие поглощения излучения. Из двух типов болометров — с чувствительным элементом из металла или полупроводника — более высокой чувствительностью обладают полупроводниковые болометры.
Оптико-акустический приемник основан на поглощении излучения, вызывающего повышение давления в камере, что приводит к прогибу тонкой металлической мембраны микрофона. В результате деформации мембраны в микрофоне образуются электрические сигналы.
Общим свойством указанных выше тепловых приемников является их неселективность, т. е. практическая неизменность спектральной чувствительности. Это свойство приемников позволяет выполнять измерения энергетических характеристик во всем спектре. Так как тепловые приемники излучения могут быть проградуированы, то с их помощью можно проводить измерения абсолютных энергетических характеристик. Достоинством тепловых приемников является также высокая линейность их световых характеристик.
Постоянная времени приемников ~2,2—40-10-2 с, чувствительность ~5—40 В/Вт.
Тепловые приемники, в принципе, можно применять в любой области спектра, но при % с 1 мкм их чувствительность значительно меньше, чем фотографических и фотоэлектрических. Однако при измерении в средней и длинноволновой ИК областях в качестве приемников потока излучения используют только тепловые прием-ники.
В ПРС спектральных приборов находят применение также электронно-оптические преобразователи (ЭОП), в которых с помощью электронного потока происходят преобразование спектра оптического изображения из одной области в другую (чаще всего из инфракрасной в видимую) и усиление яркости изображения. Спектральная чувствительность ЭОП определяется чувствительностью фотокатодов (аналогичных фотокатодам фотоэмиссионных приемников). Наибольшее распространение в настоящее время получили миогощелоч-ные катоды, спектральная характеристика которых смещена в ИК область спектра.
4 Скоков И. В.
97
Разрешающая способность ЭОП достигает значений до 100 линий на 1 мм, временное разрешение до 10"14 с. Коэффициенты яркости многокаскадных ЭОП составляют около 10е, при сохранении разрешающей способности в многокаскадных ЭОП можно повысить яркость изображения в 103 раз.
4. ЭЛЕКТРОННО-РЕГИСТРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И ИНДИКАТОРЫ
Электронно-регистрирующие устройства (ЭРУ) предназначены для регистрации фототока, его усиления и преобразования к виду, удобному для анализа спектральных линий.
В спектрометрах простейшее ЭРУ состоит из фотоумножителя и индикатора (например, стрелочного прибора), измеряющего фототок (рис. 71, а). Такая схема регистрации используется только для достаточно сильных световых потоков. При малых потоках, а следом вательно, н малых фототоках, необходим усилитель (рнс. 71, 6).
При регистрации непрерывных сигналов используется усилитель постоянного тока. Для измерения модулированного излучения применяют синхронный детектор (ламповый илн механический прерыватель, синхронизированный с частотой модуляции), а усиление осуществляется на переменном токе (рнс. 71, в). Такие усилители имеют высокую чувствительность при достаточно Малом дрейфе нуля.
Кроме прямого отсчета используется косвенный метод измерения потока, основанный на его ослаблении и называемый нулевым (рис. 71, г). Нулевой метод заключается в том, что при регистрации эталонного потока индикатор устанавливается на нуль. Поток от исследуемого излучения в общем случае дает отсчет индикатора, отличный от нуля. Вводя иа пути потока с ветоое л аб л я ющее устройство, например фотометрический клин, и уменьшая с его помощью световой поток, падающий на фотоприемник, до получения нулевого показания на индикаторе, по перемещению предварительно проградуированного светоослабляющего устройства можно определить |
